新闻网讯（通讯员高妍）2月16日，Nano Letters（《纳米快报》）在线发表了高等研究院研究员史建平课题组有关厘米尺寸二维磁性纳米片阵列可控合成的最新研究成果。该工作首次提出了二维材料的岛间相互作用精准调控晶畴取向的新机制，为晶圆尺寸二维磁性半导体单晶薄膜的可控制备提供了新思路。
论文题目为“Interisland-Distance-Mediated Growth of Centimeter-Scale Two Dimensional Magnetic Fe3O4Arrays with Unidirectional Domain Orientations”（《岛间距调控生长厘米尺寸单一晶畴取向的二维磁性Fe3O4纳米片阵列》）。高等研究院2019级硕士研究生王鹏和北京大学量子材料研究中心葛军博士为文章第一作者，史建平为文章通讯作者，武汉大学为文章第一署名单位和通讯单位。
二维磁性材料可将长程磁有序保持到原子层厚度，为理解和调控低维磁性提供了新的研究思路，也为研发功能性更强的自旋电子器件和低功耗高容量信息存储器件开辟了新的研究空间。以大尺寸二维磁性单晶为基元构建的自旋电子器件可确保性能的均一和稳定，是大规模信息存储和数据处理的基本保障。利用范德华外延机制，在单晶衬底上生长取向一致的二维磁性材料，是制备晶圆尺寸单晶薄膜的首选策略。然而，反平行晶畴取向的产生和孪晶晶界的形成阻碍了单晶的制备。
岛间相互作用调控生长厘米尺寸单一晶畴取向的磁性Fe3O4纳米片阵列
史建平课题组设计了一种巧妙的化学气相沉积策略，在云母衬底上成功地制备了厘米尺寸晶畴取向一致的二维磁性Fe3O4纳米片阵列和单晶薄膜。实验表征和理论计算结果发现，二维磁性Fe3O4纳米片的晶畴取向受到衬底外延和岛间相互作用的协同调控。Fe3O4与云母衬底合适的晶格匹配关系诱导了外延生长，而Fe3O4纳米片的岛间相互作用力打破了反平行晶畴取向的能量简并，最终获得了取向完全一致的Fe3O4纳米片阵列和单晶薄膜。此外，利用低温量子输运技术发现了二维Fe3O4的室温铁磁性，并揭示了层厚相关的磁畴演化规律。这为高性能自旋电子器件和低功耗高容量信息存储器件的研发提供了新的解决方案。
该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京分子科学国家研究中心、北京市科委、中国科学院以及中央高校基本科研业务费等项目的支持，也得到了武汉大学电镜中心的技术支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04535
（编辑：肖珊）
